Docker架构、镜像和容器

一、Docker概述

Docker是在Linux容器里面运行的开源工具，是一种轻量级的虚拟机。其设计宗旨：Build，Ship and Run Any App，Anywhere，即通过对应组件的封装、发布、部署、运行等生命周期的管理，达到组件级别的“一次封装，到处运行”的目的。这里的组件，既可以是一个应用，也可以是一套服务，甚至是一个完整的操作系统。
Docker的三大核心概念：镜像、容器、仓库，安装Docker以及围绕镜像和容器的具体操作。

二、相比传统虚拟机Dokcer的优势

1、Docker容器很快，启动和停止可以在秒级实现，比传统虚拟机要快很多。
2、Docker核心解决的问题是利用容器来时实现类似VM的功能，从而以更加节省的硬件资源提供给用户更多的计算资源，所以Docker容器除了运行其中的应用之外，基本不消耗额外的系统资源，从而在保证性能的同时，减小了系统开销，使得在一台主机上同时运行数千个Docker容器成为可能。
3、Docker操作方便，还可以通过Dockerfile配置文件支持灵活的自动化创建和部署。

三、Docker和传统虚拟机的架构

Docke之所以拥有众多优势，跟操作系统虚拟化自身的特点是分不开的。传统虚拟机需要拥有额外的虚拟机管理程序。

四、Docker核心概念及安装

1、镜像（Image）
Docker的镜像是创建容器的基础，类似虚拟机的快照，可以理解为是一个面向Docker容器引擎的只读模板，比如：一个镜像可以是一个完整的CentOS操作系统环境，成为一个CentOS镜像；可以是一个安装了MySQL的应用程序，称之为一个MySQL镜像等等。
Docker提供了简单的机制来创建和更新现有的镜像，用户也可以从网上下载已经做好的应用镜像来直接使用。
2、容器（container）
Docker的容器是从镜像创建的运行实列，它可以被启动、停止和删除。所创建的每一个容器都是相互隔离、互补可见的，可以保证平台的安全性。还可以把容器看作是一个简易版的Linux环境，Docker利用容器来运行和隔离应用。
3、仓库（Repository）
Docker仓库是用来集中保存镜像的地方，当创建了自己的镜像之后，可以使用push命令将它上传到公共仓库（Pulic）或者私有仓库（Private），这样一来当下次要在另一台机器上使用这个镜像的时候，只需要从仓库上pull下来就可以了。
仓库注册服务器（Registry）是存放仓库的地方，其中包含了多个仓库，每个仓库几种存放某一类镜像，并且使用不同的标签来区分它们。目前最大的公共仓库是DockerHUb，其中存放了数量庞大的镜像供用户下载使用。

4、Docker的安装
vi /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo //配置yum源
在末行添加以下内容：
[docker-repo]
name=Docker Repository
baseurl=https://yum.dockerproject.org/repo/main/centos/7/
enabled=1
gpgcheck=1
gpgkey=https://yum.dockerproject.org/gpg

yum install -y docker-engine    //安装Docker引擎
systemctl enable docker     //开机自启
systemctl start docker      //启动docker

五、Docker镜像操作

Docker运行容器前需要本地存在对应的镜像，如果不存在本地镜像Docker就会尝试从默认镜像仓库https://hub.docker.com 下载，这是由Docker官方维护的一个公共仓库，可以满足用户的绝大部分需求。用户也可以通过配置来使用自定义的镜像仓库。
1、搜索镜像（默认从Docker Hub查询）
获取镜像的三种方式：
1)下载镜像(默认从Docker Hub下载)
2)把容器转换为镜像
3)制作镜像(通过dockerfile生成镜像)
docker search httpd //查找所有httpd相关的镜像

2、下载镜像（默认从Docker Hub下载）
docker pull httpd //拉取apache镜像

3、查看镜像
docker images //查看本地镜像列表

各个选项说明:
REPOSITORY：表示镜像的仓库源
TAG：表示镜像的标签
IMAGE ID：表示镜像的ID
CREATED：表示镜像创建时间
SIZE：表示镜像大小

docker tag httpd apache:test //给镜像添加新的标签

4、删除镜像

docker rmi 仓库名：标签
docker rmi -f 镜像ID  //永久删除镜像
docker rmi -f $(docker images | grep "none" | awk "{print \$3}")       //删除没有使用的镜像

5、导出和导入镜像

docker save -o 导出文件名 导出的镜像
docker save -o httpd01 httpd        //导出镜像

docker load <导出的文件

注意：导入之前要将原先的httpd镜像删除，否则不执行导入操作
6、上传镜像
docker push 镜像名称 //上传镜像到共有仓库

六、Docker容器的操作

容器时Docker的另一个核心概念。简单说，容器时镜像的一个运行实例，是独立运行的一个或一组应用以及他们所需的运行环境，包括文件系统、系统类库、shell环境等。镜像是只读模板，而容器会给这个只读模板一个额外的可写层。
1、容器的创建和启动
docker create -it httpd /bin/bash //创容器，默认时没有运行的
-i：让容器的输入保持打开
-t：让Docker分配一个伪终端

docker ps  //查看正在运行的容器
docker ps -a    //查看所有容器

docker start 容器ID   //启动容器
docker stop 容器ID    //停止容器

创建并启动容器用docker run命令，等与先执行docker create命令，在执行docker start命令。
docker run来创建容器时过程如下：
1)首先检查本地是否存在指定的镜像，当镜像不存在时，会从公共仓库下载
2)再利用镜像创建并启动一个容器
3)接着分配一个文件系统给容器，在只读的镜像层外面挂载一层可读写层
4)从宿主主机配置的网桥结构中桥接一个虚拟接口到容器中
5)分配一个地址池中的IP地址给容器
6)执行用户指定的应用程序
7)指定完毕后容器被终止运行

docker run 镜像名 /bin/bash -c ls //创建并启动容器指定一条shell命令
-c：指定的命令

docker ps -a //查看centos状态，发现执行完shell命令之后停止了

docker run -d centos /bin/bash -c "while true;do echo hello;done" //创建并启动容器，在后台持续运行

-d：让容器以守护形态在后台运行，但是注意的是后台必须要有正运行的程序，否则容器会停止。
2、容器的进入
docker exec -it 容器ID/名称 /bin/bash //进入容器

exit或ctrl+d退出伪终端
3、容器导出和导入
docker export 容器ID/名称 > 文件名 //容器的导出

cat 文件名 | docker import - 生成的镜像名:标签 //将容器文件导入成镜像

4、容器的删除

docker ps -a
docker rm 容器ID      //删除容器，无法删除正在运行的容器
docker rm -f d4e863a654aa   //强制删除运行中的容器，不建议。
docker container prune      //删除所有停止的容器
docker rm $(docker ps -qf status=exited)    //删除指定状态的容器

七、Docker的仓库

docker login //登录共有仓库，通过注册账号登录

八、Docker资源控制（优化）

1、限制CPU的使用速率
在Docker中可以通过--cpu-quota选项来限制CPU的使用使用率，CPU的百分比是以1000为单位的。
docker run --cpu-quota 20000 镜像名 //CPU的使用率限定为20%
2、多任务按比例分享CPU
当由多个容器任务运行时，很难计算CPU的使用率，为了使容器合理使用CPU资源，可以通过--cpu-shares选项设置CPU按比例共享CPU资源，这种方式还可以实现CPU使用率的动态调整。
以下实现三个容器A、B、C，占用CPU资源的比列为1:1:2

docker run --cpu-shares 1024 镜像名     //对应容器A
docker run --cpu-shares 1024 镜像名  //对应容器B
docker run --cpu-shares 2048 镜像名  //对应容器C

3、限制CPU内核使用
在Docker中可以使用--cpuset-cpus选项来使某些程序独享CPU内核，以便提高其处理速度，对应的Cgroup配置文件为/sys/fs/cgroup/cpuset/docker/容器编号/cpuset.cpus。选项后直接跟参数0、1、2......表示第1个内核、第2个内核、第3个内核，与/proc/cpuinfo中的CPU编号（processer）相同。
如果服务器有16个核心，那么CPU编号为0~15，使容器绑定第1~4个内核使用。
docker run --cpuset-cpus 0,1,2,3 镜像名
4、对内存使用的限制
在Docker中可以通过docker run -m命令来限制容器的内存使用量，相应的Cgroup配置文件为/sys/fs/cgroup/memory/memory.limit_in_bytes。但是需要注意：一旦容器Cgroup使用的内存超过了限制的容量，Linux内核将会尝试收回这些内存，如果仍旧没法控制内存使用在限制范围之内，进程就会杀死。
docker run -m 512m 镜像名 //限制容器的内存为512M
5、对blkio的限制
如果时在一台服务器上进行容器的混合部署，那么会出现同时有几个程序写磁盘数据的情况，这时可以通过--device-write-iops选项来限制写入的iops，相应的还有--device-read-bps选项可以限制读取的iops。但是这种方法只能针对blkio限制的设备（device），而不是分区。相应Cgroup写配置文件/sys/fs/cgroup/blkio/docker/容器ID/blkio.throttle.write_iops_device。
docker run --device-write-bps /dev/sda1:1mb 镜像名 //限制/dev/sdb1的写入iops为1MB